長大瓦斯鐵路隧道供配電技術

侯來民

(中鐵二十局集團有限公司第四工程有限公司, 山東青島 266061)

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長大瓦斯鐵路隧道供配電技術

侯來民

(中鐵二十局集團有限公司第四工程有限公司, 山東青島 266061)

【摘要】以正在修建的成貴鐵路長大瓦斯隧道施工為背景，運用現場調查、理論計算與分析以及現場驗證等方法，對施工用電工程施工部署進行了分析，對瓦斯隧道施工用電負荷進行了計算，據此對施工用電做合理布置。實踐表明，盡管長大瓦斯隧道施工條件比較復雜，通風及用電要求非常高，但只要能夠正確對瓦斯隧道施工用電負荷計算并據此結果進行長大瓦斯隧道供配電，可保證工程施工的安全。這種方法也可以為其他類似工程提供參考。

【關鍵詞】鐵路隧道；供配電；瓦斯；電負荷計算；安全

1工程概況

正在修建的成貴鐵路興隆坪隧道位于四川省宜賓市長寧縣老翁鎮天井村和平原村，隧道長度2 803m，中心里程DK186+491.5，剛好位于老翁場大型氣田核心區，經過分析判定為高瓦斯隧道。基于較為特殊瓦斯工程條件，隧道設進口工區和出口工區共2個工區。進口工區承擔1 330m正洞施工，出口承擔1 473m正洞施工，最終隧道正洞于DK186+420處開挖貫通。由于全隧為高瓦斯工區，所以，所有機電設備具有極高的特殊性要求，對所有機電及通風設備必須全部采用防爆改裝技術。尤其值得注意的是，因高瓦斯段施工需要采用不間斷通風，必須設置雙回路電源，也即一旦一路電源斷電系統能馬上接駁至另一路電源，以此保證通風正常。因此，如何確保長大瓦斯鐵路隧道供配電是一項需要深入探討和研究的關鍵技術。

2施工用電工程施工部署

結合施工用電技術[1-2]，興隆坪隧道進口施工臨時用電一路電源由老翁鎮天井村接入，T接長度為400m，另一路電源由長寧變電站架設一條11kV的專線至興隆坪進口，在供電專線拉通后以專線為主，同時配備發電機組以供備用。計劃在興隆坪隧道進口DK185+060段右側設2臺800kVA變壓器，采用架空線路沿右線界線采用三相五線連接興隆坪隧道進口、鋼筋加工場及生活區。興隆坪隧道出口施工臨時用電一路電源由老翁鎮平原村接入，T接長度為800m，另一路電源由長寧變電站架設一條11kV的專線至興隆坪出口，在供電專線拉通后以專線為主，同時配備發電機組以供備用。另外，計劃在興隆坪隧道出口DK188+000段左側設2臺800kVA變壓器、采用架空線路沿左線界線采用三相五線連接興隆坪隧道出口、鋼筋加工場及生活區。需要現場用電隧道洞口見圖1所示。

圖1　隧道洞口現場用電

3瓦斯隧道施工用電負荷計算

參考瓦斯隧道施工用電計算方法[3-5]，可以對施工用電量、變壓器容量以及相應電流等參數進行計算。

3.1施工用電量計算

工地施工供電包括施工及照明用電兩個方面，其用電量計算按下式計算:

(1)

式中：

P為計算用電量(kW)，即供電設備總需要容量；

∑p1為施工動力用電設備額定用電量總和；

∑p2為照明設備額定用電量總和；

k1為全部施工用電設備同時使用系數,總數 10 臺以內時為 0.75，10～30 臺時為 0.7，30 臺以上時為 0.6；

k2為照明設備同時使用系數，一般為 0.7；

η為動力設備的平均功率，常取0.85進行計算；

k為備用系數，取1.05；

cosφ為平均功率因數，取 0.7。

3.2變壓器容量計算

變壓器容量公式為：

(2)

式中：P0為變壓器容量(kVA)；

pc為供電設備總需要容量；

k1為洞內設備同時使用系數，根據工地情況取0.9。

其他符號同前面公式。

3.3電流計算

(3)

式中：Itot為回路總電流(A)；

p為用電設備總功率(kW)；

U為回路電壓(380V)；

cosφ為功率因數0.75～0.85；

K為安全系數0.9～1.05。

3.4導線截面的電壓降計算

當供電線路較長時，線路上的電壓降就較大，導線上的電壓降應不超過規定的允許值，選擇導線截面按下式計算，即：

(4)

式中:S為計算導線截面積，mm2，其允許載流量見表1；

K1為需要系數，取0.9；

∑(PL)為負荷力矩的總和，kW·m；

ΔU為允許電壓降，一般電網允許電壓降為5%，路橋手冊隧道工程允許電壓降為10%；

C為計算系數，按表2數據給定。

表1　單芯電線明線敷設允許載流量

通過以上計算確定，變壓器的型號和額定容量、施工用電線路導線的截面、用電設備的距離。

4施工用電計算及其結果

工程施工前，對隧道施工現場進行精確調查，據此對施工地段施工用電做合理布置。具體區段劃分里程及用電設備配備詳見表3。

表2　計算線路電壓損失公式中系數C值

依據表3中的計算結果，興隆坪隧道進口的用電總功率為1 092.82kW，安裝2臺800kVA的變壓器能滿足施工要求。

5安全用電技術

由于隧道位于老翁天然氣田中心，為高瓦斯隧道，隧道所有電氣設備均采用防爆(隔爆)型，包括防爆電纜、防爆配電箱、防爆開關、防爆接線盒等。

5.1供電系統與隧道瓦斯監控系統聯鎖控制

根據相關規定，瓦斯隧道施工洞內供電必須做到“三專”、“兩閉鎖”即：專用變壓器、專用開關、專用供電線路、瓦斯濃度超標時與供電的閉鎖及壓入式通風的風機與洞內供電的閉鎖。因此，瓦斯工區的主通風機、局部通風機和洞內與之相應的工作面的電氣設備，必須與瓦斯監控系統進行風電、瓦電閉鎖，當通風機停止運轉時，應能立即自動切斷局部通風機供風區段的一切電源。

5.2接地保護系統

根據規定，瓦斯工區內的配電變壓器嚴禁中性點直接接地，嚴禁由洞外中性點直接接地的變壓器或發電機直接向瓦斯隧道供電。瓦斯隧道必須采用獨立的接地保護系統。因此，本隧道的接地保護系統從洞口集中接地處向洞內架設，洞內每200m施做重復接地，洞口的集中接地與洞內的重復接地處的接地電阻不得大于1.5Ω。洞內重復接地極使用厚度不小于6mm面積不小于0.7m2的鍍鋅鋼板，可安裝在洞內積水坑、水溝或預留洞室內。專用保護接地線不允許斷線且不允許安裝任何開關，洞內36V以上的和由于絕緣損壞可能出現危險電壓的電氣設備的金屬外殼、構架等，都必須與專用保護接地線可靠連接，其接地網上任何一保護接地點的接地電阻值不得大于2Ω。

5.3設置撿漏繼電器

低壓饋電線路上，必須裝設能自動切斷漏電線路的檢漏裝置。

(1)施工現場的總隔爆開關至分路隔爆開關設置兩級撿漏繼電器，兩級撿漏繼電器的額定漏電動作電流和額定漏電動作時間應作合理配合，使之具有分級保護的功能。

(2)撿漏繼電器應裝設在總電源隔爆斷路器的負荷側和分路隔爆開關的負荷側。

(3)撿漏繼電器的選擇應符合先行國家標準GB6829《剩余電流動作保護器的一般要求》和GB13955《漏電保護器安全和運行的要求》的規定，額定漏電動作電流應不大于15mA，額定漏電動作時間應小于0.1s。

表3　興隆坪隧道進口施工用電設備統計

(4)與總電源隔爆斷路器配合的的撿漏繼電器的額定漏電動作電流應大于30mA，額定漏電動作時間應大于0.1s，但其額定漏電動作電流與額定漏電動作時間的乘積不應大于30mA·s。

5.4防雷接地

為了防止雷電波及隧道內引起瓦斯爆炸，所有進洞線路，包括動力電纜、照明電纜、瓦斯監控系統電纜及通信電纜均需在洞口安裝避雷器。因此，在各種電纜向洞內敷設時，必須嚴格執行本規定，安裝與其相配套的氧化鋅避雷器，洞口的防雷接地電阻不得超過2歐姆且要定期檢查測試。進洞的其它風、水管線也必須在洞口處與專用保護接地極進行連接，以防雷電和靜電傳入洞內。

6結論

(1) 長大瓦斯隧道施工條件比較復雜，通風及用電要求非常高，特別是對高瓦斯隧道工區，除了需要采用不間斷通風并設置雙回路電源外，還必須對所有機電及通風設備全部采用防爆改裝技術，工程建設中絲毫不能馬虎，應該對此密切關注。

(2) 結合施工部署，對瓦斯隧道施工用電負荷計算并據此結果進行長大瓦斯隧道供配電，能滿足施工要求，可保證工程施工的安全。

參考文獻

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[5]朱小紅. 高瓦斯隧道施工用電管理技術初探[J]. 城市建筑, 2013(2): 271-272.

[作者簡介]侯來民(1977～)，男，工程師，從事隧道與地下工程施工技術與管理工作。

【中圖分類號】U458.1

【文獻標志碼】B

[定稿日期]2016-03-24